CN104660540A

CN104660540A - 一种lte系统的同步跟踪方法

Info

Publication number: CN104660540A
Application number: CN201310596505.4A
Authority: CN
Inventors: 李涵; 沈旭强; 董宵剑
Original assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Current assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: CN104660540B

Abstract

一种LTE系统的同步跟踪方法，具体涉及一种LTE系统的同步跟踪方法，依据不同的信道带宽对每个接收天线获取带第一类导频信号或第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)；对时域符号序列进行频域变换，获得导频位置处信道频域响应；对导频位置处信道频域响应进行信道估计，获得整个信道频域响应，将整个信道频域响应变换到时域，对整个信道时域响应的数据进行降噪处理得到降噪处理后的信道时域响应，获取时偏和频偏，对时偏和频偏进行纠正，实现同步跟踪。本发明在不同带宽配置下利用不同的导频信号获取时偏和频偏，实现稳定的同步跟踪。

Description

一种LTE系统的同步跟踪方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种LTE系统的同步跟踪方法。

背景技术

LTE（Long Term Evolution，长期演进项目）是近年来3GPP（3rdGeneration Partnership Project，第三代合作伙伴计划）启动的最大的技术研发项目，是一个高数据率、低时延和基于全分组的移动通信系统，其最核心的技术之一是下行传输方案采用OFDM（Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，正交频分复用）技术，OFDM技术的基本思想是将频域划分为多个子信道，各相邻子信道相互重叠，但不同子信道相互正交，将串行数据流并行的调制在多个正交的子载波上，这样可降低单个子载波的码元速率，增加码元的符号周期，从而提高系统的抗衰落和干扰的性能，同时由于每个子载波的正交性，提供了增强的频谱效率和能力。

然而正由于OFDM系统内存在多个正交的子载波，且其输出信号是多个子信道信号的叠加，因而OFDM系统对频率偏移非常敏感，当存在频率偏移时，子载波之间的正交性会遭到破坏，从而引起严重的子载波间干扰，使系统性能大大下降。同时如果同步误差超过循环前缀，也会引起符号间干扰。因而，同步问题是LTE通信系统需要解决的实际问题，对终端而言，同步问题分下行同步和上行同步，而下行同步又分同步捕获和同步跟踪。同步捕获也称为初始同步，一般通过发送导频序列来实现，同步跟踪是指维持同步，由于振荡器的不稳定，以及多普勒效应的影响，OFDM的本地载波与接收到的信号的载波会不一致，存在频率的漂移，使接收机性能下降，甚至不能接收。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种LTE系统的同步跟踪方法，解决以上技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤s1，依据不同的信道带宽对每个接收天线获取带第一类导频信号或第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)；其中，p为接收天线端口；i=0，1，代表时间顺序的前后两个符号；n=0，1，…，N-1，为符号序列的长度；对所述时域符号序列进行频域变换，获得导频位置处信道频域响应；

步骤s2，对所述导频位置处信道频域响应进行信道估计，获得整个信道频域响应，将所述整个信道频域响应变换到时域，对所述整个信道时域响应的数据进行降噪处理得到降噪处理后的信道时域响应；

步骤s3，获取时偏和频偏，对所述时偏和所述频偏进行纠正，实现同步跟踪。

优选地，步骤s1中，所述信道带宽大于3MHz时，对每个接收天线获取1个时隙内带第一类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_rs(p，i，n)。

优选地，步骤s1中，所述信道带宽小于或等于3MHz时，对每个接收天线获取5ms内带第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_sync(p，i，n)。

优选地，所述第一类导频信号采用小区专用导频信号。

优选地，所述第二导频信号包括主同步信号和辅同步信号。

优选地，步骤s1中，对所述时域符号序列rx(p，i，n)进行FFT频域变换，获得导频位置处信道频域响应Rx(p，i，n)，即，Rx(p，i，n)=FFT(rx(p，i，n))。

优选地，步骤s2中，整个信道频域响应为H(s，i，n)，采用以下方法进行信道估计，具体为：H(s，i，j)=Rx(p，i，j).*conj(Tx(q，i，m))；

其中s代表不同的发送接收天线对，j代表频域导频子载波的位置，m代表第几个导频位置，q为发送天线端口，Tx(q，i，n)为发送天线端导频位置处的信道频域响应。

优选地，步骤s2中，所述整个信道频域响应进行IFFT变换得到整个信道时域响应：h(s，i，n)=IFFT(H(s，i，n))。

优选地，步骤s2中，通过以下方法进行降噪处理，具体为：对所述整个信道时域响应的数据与一第一门限值比较，大于所述第一门限值的作为有效路径，小于所述第一门限值的作为噪声进行清零，得到所述降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)。

优选地，依据降噪处理后的信道时域响应的最大值设定门限，搜索得到首径位置，获得时偏。

优选地，对所述降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)进行FFT变换到频域：H’(s，i，n)=FFT(h’(s，i，n))，对降噪处理后两个符号的信道频域响应依照如下计算方式进行互相关运算：

Corr_sum (s) = Σ_{n = 0}^{N - 1} H^{'} {(s, 1, n)}^{*} conj (H^{'} (s, 0, n)),

依据运算结果估计频偏FreqOffset(s)。

优选地，得到互相关运算结果后通过下表估计频偏：

优选地，步骤s1之前，还包括一判断信道带宽的步骤，依据同步捕获且解析的物理广播信道获得信道带宽信息后，判断所述信道带宽是否大于3MHz。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明在不同带宽配置下利用不同的导频信号用于获取时偏和频偏，实现稳定的同步跟踪。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图；

图2为本发明的一种具体实施例的方法流程示意图；

图3为1.4MHz带宽下的CS-RS和PSS/SSS在频域的分布情况图；

图4为一个无线帧结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图1，一种LTE系统的同步跟踪方法，包括：

步骤s1，依据不同的信道带宽对每个接收天线获取带第一类导频信号或第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)；其中，p为接收天线端口；i=0，1，代表时间顺序的前后两个符号；n=0，1，…，N-1，为符号序列的长度；对时域符号序列进行频域变换，获得导频位置处信道频域响应；

步骤s2，对导频位置处信道频域响应进行信道估计，获得整个信道频域响应，将整个信道频域响应变换到时域，对整个信道时域响应的数据进行降噪处理得到降噪处理后的信道时域响应；

步骤s3，获取时偏和频偏，对时偏和频偏进行纠正，实现同步跟踪。

参照图2，一种具体实施例，具体包括以下步骤：

步骤s11，依据不同的信道带宽对每个接收天线获取带第一类导频信号或第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)；

其中，p为接收天线端口；i=0，1，代表时间顺序的前后两个符号；n=0，1，…，N-1，为符号序列的长度；

步骤s12，对时域符号序列rx(p，i，n)进行FFT(Fast FourierTransformation，快速傅里叶变换)频域变换，获得导频位置处信道频域响应Rx(p，i，n)=FFT(rx(p，i，n))；

步骤s13，对导频位置处信道频域响应进行信道估计，获得整个信道频域响应H(s，i，n)，其中s代表不同的发送接收天线对；

步骤s14，将整个信道频域响应进行IFFT(Inverse Fast FourierTransformation，快速傅里叶逆变换)变换到时域，得到整个信道时域响应：h(s，i，n)=IFFT(H(s，i，n))；

步骤s15，将整个信道时域响应h(s，i，n)的数据进行降噪处理得到降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)；

步骤s16，获取时偏：依据降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)的最大值设定门限，搜索得到首径位置，获得时偏；

步骤s17，获取频偏：对降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)进行FFT变换到频域：H’(s，i，n)=FFT(h’(s，i，n))；对降噪处理后两个符号的信道频域响应进行共轭互相关：

Corr_sum (s) = Σ_{n = 0}^{N - 1} H^{' (s, 1, n) * conj (H^{'} (s, 0, n)),}

依据计算结果估计频偏FreqOffset(s)。

步骤s18，对时偏和频偏进行纠正，实现同步跟踪。

优选地，步骤s11之前，还包括一判断信道带宽的步骤，依据同步捕获且解析的物理广播信道获得信道带宽信息后，判断信道带宽是否大于3MHz。

信道带宽大于3MHz时，对每个接收天线获取1个时隙内带第一类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_rs(p，i，n)。

信道带宽小于或等于3MHz时，对每个接收天线获取5ms内带第二类导频信号的的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_sync(p，i，n)。

上述的第一类导频信号可以采用小区专用导频信号（CS-RS，Cell-Specific Reference Signal）。上述的第二导频信号可以包括主同步信号（PSS，Primary Synchronization Signal）和辅同步信号（SSS，SecondarySynchronization Signal）。

CS-RS适用于带宽较大的情况，由于每隔6个子载波有一个子载波上有CS-RS，因此利用CS-RS进行同步跟踪在时域的分辨率是采样率的1/6，而PSS和SSS是只在中心62个子载波上存在，与带宽无关，因此当带宽较小（带宽为3MHz和1.4MHz）时，利用PSS和SSS进行同步跟踪在时域的分辨率要大于CS-RS。如图2所示，是信道带宽为1.4MHz情况下的CS-RS，PSS在频域的分布情况。

N与信道带宽有关，信道带宽为20MHz时，N=2048，信道带宽与N的关系如下表：

表1

信道带宽	1.4MHz	3MHz	5MHz	10MHz	15MHz	20MHz
							N	128	256	512	1024	1536	2048

图3所示为一个无线帧结构示意图，一个无线帧长度为10ms，每个无线帧由两个半帧构成，每个半帧包括5个子帧，一个子帧包括两个时隙，每个半帧长度为5ms，每个时隙长度为0.5ms；每个时隙的OFDM符号中包括至少两个CS-RS符号，每个半帧第一个时隙中还包括一PSS符号和一SSS符号。对于所有信道带宽，当CP（Cyclic Prefix，循环前缀）类型为正常CP时，每个时隙有7个OFDM符号，当CP类型为扩展CP时，每时隙有6个OFDM符号，每个OFDM符号序列是N个子载波上的信号叠加而成。

一种具体实施例，对于FDD（Frequency Division Duplexing,频分双工）模式，采用正常CP（Cyclic Prefix，循环前缀）且信道带宽为20MHz，采用双发双收天线配置,方法步骤如下：

步骤s111:对0号接收天线端口获取1个时隙内带CS-RS的2048点的第一位置时域符号序列rx_rs(0，0，n)和同一时隙内的2048点的第二位置时域符号序列rx_rs(0，1，n)；

对1号接收天线端口同样可以获取1个时隙内带CS-RS的2048点的第一位置时域符号序列rx_rs(1，0，n)和同一时隙内的2048点的第二位置时域符号序列rx_rs(1，1，n)；

上述的第一位置可以位于第0个符号；第二位置可以位于第4个符号；

对于信道带宽小于或等于3MHz的情况，如PSS和SSS分别位于每个半帧的OFDM符号的最后一个和倒数第二个，第一位置可以位于第5个符号，第二位置可以位于第6个符号。

步骤s121，对步骤s111获得的时域符号序列rx_rs(0，1，n)，rx_rs(0，0，n)，rx_rs(1，1，n)，rx_rs(1，0，n)通过2048点FFT变换到频域，获得信道频域响应Rx(p，i，n)；

步骤s131，采用以下方法进行信道估计，首先令H(s，i，n)=0，然后计算导频子载波位置的信道频域响应。

这里采用迫零信道估计算法，具体为：H(s，i，j)=Rx(p，i，j).*conj(Tx(q，i，m))；即采用导频位置处信道频域响应Rx(p，i，n)与发送天线端导频位置处的信道频域响应Tx(q，i，n)的共轭进行卷积。

由于信道带宽大于3MHz，利用CS-RS进行信道估计，其中j=6*m+v_shift；j代表频域导频子载波的位置，m代表第几个导频位置，m=0，1，...，v_shift是基于cellid和天线的一个频域偏移。是系统的资源块（ResourceBlock，RB）数，与系统带宽有关。如果对于带宽小于等于3MHz情况下，是利用SSS和PSS进行信道估计，其中，j=1，2，...，31，N_fft-31，N_fft-30，...，N_fft-1；m=0，1，...，61。

q为发送天线端口，本实施例中取值为0，1，s=p*2+q=0，1，2，3代表不同的发送接收天线对，对应p，q分别为00，01，10，11。

经过信道估计得到H(s，i，n)，2048点的频域数据H(0，0，n)，H(0，1，n)，H(1，0，n)，H(1，1，n)，H(2，0，n)，H(2，1，n)，H(3，0，n)，H(3，1，n)。

也可以采用其他信道估计算法，如最小均方误差(MMSE)法、滤波等信道估计算法。

步骤s141，对信道估计获得的频域数据进行IFFT变换到时域，得到整个信道时域响应：h(s，i，n)=IFFT(H(s，i，n))；

步骤s151，在时域的降噪窗口内，将整个信道时域响应的数据与一第一门限值比较，大于第一门限值的作为有效路径，小于第一门限值的和降噪窗口外的认为是噪声进行清零，得到降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)；

步骤s161，依据降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)的最大值设定门限，搜索得到首径位置TimeOffset(s)，获得时偏，作为定时位置调整值的依据。

步骤s171，对降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)进行FFT变换到频域，H’(s，i，n)=FFT(h’(s，i，n))；对降噪处理后两个符号的信道频域响应进行共轭相关：

Corr_sum (s) = Σ_{n = 0}^{N - 1} H^{'} {(s, 1, n)}^{*} conj (H^{'} (s, 0, n)),

得到运算结果后通过下表估计频偏FreqOffset(s)，作为频偏调整值的依据：

其中，arg(Corr_sum)获得的是复数的相位角，用复数的虚部和实部的比值得到其正切值，然后通过反正切来获得相位角值；arg(Corr_sum)/(4*2π)中2π的倍数表示，第一位置与第二位置之差，如果两个符号在OFDM中的位置差为4，如第一位置为第0个符号，第二位置位于第4个符号时取值为4；若第一位置为第0个符号，第二位置位于第3个符号时则取值为3。

步骤s181，对时偏和频偏进行纠正，实现同步跟踪。

对于TDD(Time Division Duplexing，时分双工)模式，下行信道传输的帧结构与FDD不同，在帧结构改变的基础上，具体方法类同。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s1中，所述信道带宽大于3MHz时，对每个接收天线获取1个时隙内带第一类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_rs(p，i，n)。

3.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s1中，所述信道带宽小于或等于3MHz时，对每个接收天线获取5ms内带第二类导频信号的两个时域符号序列rx(p，i，n)=rx_sync(p，i，n)。

4.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，所述第一类导频信号采用小区专用导频信号。

5.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，所述第二导频信号包括主同步信号和辅同步信号。

6.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s1中，对所述时域符号序列rx(p，i，n)进行FFT频域变换，获得导频位置处信道频域响应Rx(p，i，n)，即，Rx(p，i，n)=FFT(rx(p，i，n))。

7.根据权利要求6所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s2中，整个信道频域响应为H(s，i，n)，采用以下方法进行信道估计，具体为：H(s，i，j)=Rx(p，i，j).*conj(Tx(q，i，m))；

8.根据权利要求7所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s2中，所述整个信道频域响应进行IFFT变换得到整个信道时域响应：h(s，i，n)=IFFT(H(s，i，n))。

9.根据权利要求8所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s2中，通过以下方法进行降噪处理，具体为：对所述整个信道时域响应的数据与一第一门限值比较，大于所述第一门限值的作为有效路径，小于所述第一门限值的作为噪声进行清零，得到所述降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)。

10.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，依据降噪处理后的信道时域响应的最大值设定门限，搜索得到首径位置，获得时偏。

11.根据权利要求9所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，对所述降噪处理后的信道时域响应h’(s，i，n)进行FFT变换到频域：H’(s，i，n)=FFT(h’(s，i，n))，对降噪处理后两个符号的信道频域响应依照如下计算方式进行互相关运算：

Corr_sum (s) = Σ_{n = 0}^{N - 1} H^{'} {(s, 1, n)}^{*} conj (H^{'} (s, 0, n)),

依据运算结果估计频偏。

12.根据权利要求11所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，得到互相关运算结果后通过下表估计频偏FreqOffset(s)：

13.根据权利要求1所述的一种LTE系统的同步跟踪方法，其特征在于，步骤s1之前，还包括一判断信道带宽的步骤，依据同步捕获且解析的物理广播信道获得信道带宽信息后，判断所述信道带宽是否大于3MHz。